Zašto je jajna ćelija toliko veća od spermatozoida

Naučnici su konačno uspeli da reše jednu od važnih evolucijskih enigmi – zašto se ljudska jajna ćelija razvila toliko pa je mnogo veća od spermatozoida.

Odgovor na pitanje logičan je i očekivan – uzrok je borba za resurse tokom prirodne selekcije. Studija je takođe pokazala na koji način se to dogodilo, kao i da je takav razvoj bio evolucijska nužnost.

Kod većine današnjih životinja jajne ćelije su puno veće od spermatozoida, dok je kod ljudi jajna ćelija čak 10 miliona puta veća od spermatozoida, kada se upoređuje njihova zapremina.

U studiji, objavljenoj ranije ove godine u časopisu Journal of Theoretical Biology, naučnici sa Northwestern Engineeringa u SAD utvrdili su da će se razlika u veličini gameta, muških i ženskih polnih ćelija, u modelima koji se temelje na ključnim evolucijskim parametrima nužno povećavati.

Uz pomoć matematičkog modelovanja Nortvesternov tim je istražio rani period u evoluciji kada su se primordijalne vrste reprodukovale oplodnjom van tela, kakva danas postoji uglavnom kod riba i nekih drugih životinja u vodi, jer ona omogućava da spermatozoidi plivaju do jajašaca.

U modelu su veće reproduktivne ćelije, odnosno gameti, imale konkurentsku prednost jer su mogli da zadrže više hranljivih materija i vitamina za opstanak potencijalnog zigota nastalog spajanjem polnih ćelija.
 

Očigledno je za muški pol bilo optimalno da stvara puno malih polnih ćelija, spermatozoida, kako bi se povećala verovatnoća oplodnje, dok je za ženski pol optimalno bilo da stvaraju manje, ali velikih jajnih ćelija kako bi one koje su oplođene imale više hranjivih materija za opstanak i dalji razvoj.
 

S druge strane, prednost manjih gameta je u tome što je za njihovo stvaranje potrebno manje resursa, što podrazumeva manji stres za roditelje.

– Organizmi su morali da proizvedu najveće gamete s najviše hranljivih sastojaka ili najmanje gamete kako bi koristili najmanje resursa – rekao je vođa studije Danijel Abrams, profesor inženjerskih nauka i primenjene matematike na McCormick School of Engineering.

– Verujemo da je ova razlika u veličini gotovo neizbežna; ona se temelji na verodostojnim pretpostavkama o tome kako funkcioniše polna reprodukcija i kako deluje prirodna selekcija – dodao je.

U svom modelovanju tim je krenuo od izogamije, početnog stanja u kojem su svi gameti bili približno iste veličine, a različiti polovi još nisu postojali. Tim je zatim upotrebio matematički model razvijen specijalno za ovo istraživanje, kako bi otkrio na koji način je izogamija prešla u anizogamiju, stanje u kojem su neki gameti, preteče današnjih sperme i jajašaca povezanih s biološkim polovima, postali vrlo mali, a drugi prilično veliki.

U modelu je anizogamija proizašla iz borbe za preživljavanje u okruženju s ograničenim resursima. Veći gameti imaju prednost u odnosu na manje jer sadrže više hranljivih materija, što povećava verovatnoću preživljavanja zigota.

Ipak, organizmi ne mogu da proizvedu mnogo polnih ćelija a da njima samima ne treba više resursa. Ušteda se može ostvariti ako organizam stvara mnoštvo malih polnih ćelija.

– Rano u evoluciji, kada se pojavila polna reprodukcija, gameti su bili simetrični. No, ta simetrija ubrzo je nestala – rekao je Abrams.

– Na kraju imamo neke organizme specijalizovane za velike gamete, a druge specijalizovane za male gamete.

Očigledno je za muški pol bilo optimalno da stvara puno malih polnih ćelija, spermatozoida, kako bi se povećala verovatnoća oplodnje, dok je za ženski pol optimalno bilo da stvaraju manje, ali velike jajne ćelije, kako bi one koje su oplođene imale više hranljjivih materija za opstanak i dalji razvoj.

Abrams je rekao da još uvek nije razjašnjeno zašto neke izogamne vrste postoje i danas. Na primer, neke vrste algi i gljiva razmnožavaju se nespolno ili simetrično.

– Postojale su različite teorije o tome kako je nastala anizogamija, još do Čarlsa Darvina – rekao je Abrams.

– Pitanja evolucione biologije je jako teško testirati, jer možemo da proučavamo samo vrste koje danas postoje. Ne možemo da vidimo kako su one izgledale pre više milijardi godina. U tom smislu, korišćenje matematičkih modela može da donese nove uvide i razumevanja – zaključio je Abrams.

Molekularni biolog Kristijan Vlahoviček s PMF-a u Zagrebu kaže da je ovaj rad zanimljiv, ne samo zato što objašnjava kako je evolucija dovela do razlike u veličini polnih ćelija već i zbog načina na koji su naučnici došli do zaključka – koristeći matematičko modelovanje i numeričke analize.

– Biologija je unazad nekoliko decenija postala kvantativnija i temelji se ne samo na opisivanju živog sveta nego i na sve solidnijoj matematičkoj i numeričkoj podlozi – rekao je Vlahoviček.